12v DC至220v AC转换器电路
在无法从市电获得交流电源的地方,通常需要使用逆变器。逆变器电路用于将直流电转换为交流电。逆变器可分为两类 真/纯正弦波逆变器和准或改进型逆变器。这些真/纯正弦波逆变器价格昂贵,而改良或准逆变器价格便宜。
本文引用地址://www.cazqn.com/article/202308/449246.htm这些改进型逆变器产生的是方波,不能用于为精密电子设备供电。这里,使用功率晶体管作为开关器件,构建了一个简单的电压驱动逆变器电路,可将 12V 直流信号转换为单相 220V 交流电。
电路原理
每个逆变器电路的基本原理都是利用给定的直流电产生振荡,并通过放大电流将这些振荡施加到变压器的初级。然后,根据初级线圈和次级线圈的匝数,将初级电压升压至更高的电压。
使用晶体管的逆变器电路
使用简单的晶体管也能设计出 12 伏直流电到 220 伏交流电的转换器。它可用于为最大功率为 35W 的灯具供电,也可通过增加更多的 MOSFET 来驱动功率更大的负载。
该电路中的逆变器是方波逆变器,可用于不需要纯正弦波交流电的设备。
电路图
所需元件
12 伏电池
mosfet irf 630 -2
2N2222 晶体管
2.2uf 电容器 -2
电阻器
680 欧姆-2
12k-2
12V-220V 中心抽头升压变压器。
工作原理
电路可分为三部分:振荡器、放大器和变压器。由于交流电源的频率为 50Hz,因此需要一个 50Hz 振荡器。
这可以通过构建一个可产生 50Hz 方波的 Astable 多频振荡器来实现。在电路中,R1、R2、R3、R4、C1、C2、T2 和 T3 构成振荡器。
每个晶体管都能产生反相方波。R1、R2 和 C1(R4、R3 和 C2 相同)的值将决定频率。晶振多频振荡器产生方波的频率公式为
F = 1/(1.38*R2*C1)
振荡器的反相信号由功率 MOSFETS T1 和 T4 放大。这些放大后的信号被送入升压变压器,其中心抽头连接至 12V 直流电。
变压器的匝数比必须为 1:19,才能将 12V 电压转换为 220V。变压器将两个反相信号合并,产生 220 伏交流方波输出。
通过使用 24V 电池,可为高达 85W 的负载供电,但这种设计效率较低。为了提高逆变器的容量,必须增加 MOSFET 的数量。
使用晶闸管的 12 伏直流至 220 伏交流转换器电路
逆变器电路既可以使用晶闸管作为开关器件,也可以使用晶体管。 在中低功率应用中,通常使用功率晶体管。使用功率晶体管的原因是,它们的输出阻抗非常低,允许最大电流在输出端流动。
晶体管的重要应用之一是开关。 在这种应用中,晶体管偏置在饱和区和截止区。
当晶体管偏置在饱和区时,集电极发射极和集电极基极结均为正向偏置。此时,集电极发射极电压最小,集电极电流最大。
该电路的另一个重要方面是振荡器。555 定时器集成电路的一个重要用途是用作天稳定多频振荡器。
可控多频振荡器产生的输出信号可在两种状态之间切换,因此可用作振荡器。振荡频率由电容和电阻的值决定。
电路图
电路元件
V1 = 12 伏
R1 = 10K
R2 = 150K
R3 = 10 欧姆
R4 = 10 欧姆
Q1 = TIP41
Q2 = TIP42
D1 = D2 = 1n4007
C3 = 2200uF
T1 = 12V/220V 升压变压器
电路设计说明
振荡器设计:可将星型多频振荡器用作振荡器。这里设计的是一个使用 555 定时器的天稳定多频振荡器。我们知道,555 定时器在星稳态模式下的振荡频率为
f = 1.44/(R1+2*R2)*C
其中,R1 是放电引脚与 Vcc 之间的电阻,R2 是放电引脚与阈值引脚之间的电阻,C 是阈值引脚与地之间的电容。 此外,输出信号的占空比由以下公式给出:
D = (R1+R2)/(R1+2*R2)
由于我们的要求是 f =50Hz 和 D = 50%,并假设 C 为 0.1uF,因此我们可以计算出 R1 和 R2 的值分别为 10K 和 140K 欧姆。在此,我们倾向于使用 150K 电位器来微调输出信号。
此外,在控制引脚和地之间还使用了一个 0.01uF 的陶瓷电容器。
开关电路设计:我们的主要目的是开发 220V 的交流信号。这就需要使用大功率晶体管,使最大电流流向负载。因此,我们使用最大集电极电流为 6A 的功率晶体管 TIP41,基极电流由集电极电流除以直流电流增益得出。 因此,偏置电流约为 0.4A *10,即 4A。不过,由于该电流大于晶体管的最大基极电流,我们倾向于选择一个小于最大基极电流的值。假设偏置电流为 1A。偏置电阻的值为
Rb = (Vcc - VBE(ON))/Ibias
每个晶体管的 VBE(ON)电压约为 2V。因此计算得出每个晶体管的 Rb 为 10 欧姆。由于二极管用于偏压,因此二极管上的正向压降应等于晶体管上的正向压降。因此,使用了 1N4007 二极管。
PNP 和 NPN 晶体管的设计考虑因素相同。我们使用的是 PNP 功率晶体管 TIP42。
输出负载设计: 由于开关电路的输出是脉宽调制输出,因此可能包含基波交流频率以外的谐波频率。因此,需要使用一个电解质电容器,只允许基频通过。在这里,我们使用一个 2200uF 的电解质电容器,其容量足以滤除谐波。由于需要获得 220V 输出,因此最好使用升压变压器。这里使用的是 12V/220V 升压变压器。
12 伏直流至 220 伏交流转换器电路操作
当使用 12V 电池为该设备供电时,555 定时器在可控模式下产生频率为 50Hz 的方波信号。
当输出为逻辑高电平时,二极管 D2 将导通,电流将通过二极管 D1、R3 到达晶体管 Q1 的基极。
因此,晶体管 Q1 将被接通。当输出为逻辑低电平时,二极管 D1 将导通,电流将通过 D1 和 R4 流向 Q2 的基极,使其接通。
这样,变压器初级两端就能交替产生直流电压。电容器可确保信号频率达到所需的基频。
然后,变压器初级上的 12 伏交流信号会通过变压器次级升压为 220 伏交流信号。
12 伏直流至 220 伏交流转换器电路的应用
该电路可用于汽车和其他交通工具,为小型电池充电。
该电路可用于驱动小功率交流电机
可用于太阳能发电系统。
局限性
由于使用了 555 定时器,输出可能会在所需的 50% 占空比附近略有不同,即很难实现精确的 50% 占空比信号。
使用晶体管会降低电路效率。
使用开关晶体管有可能导致输出信号交叉失真。不过,使用偏置二极管在一定程度上减少了这种限制。
注意事项
可以使用任何星型多谐器来代替 555 定时器。例如,也可以使用 4047 星型可变多频振荡器来构建此电路,其输出电流经过放大后应用于变压器。
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